Rapoarte, proporții, procente. Probabilități. Date statistice – teorie, formule și exemple rezolvate
Evaluarea Națională – clasa a VIII-a · Algebră. Rapoarte și proporții, mărimi direct și invers proporționale, regula de trei simplă, calculul procentual, mediile, probabilitatea unui eveniment și citirea datelor din tabele și diagrame, cu exemple rezolvate în stilul subiectelor de Evaluare Națională.
8.1Raportul a două numere
Definiție
Se numește raportul numerelor \(a\) și \(b\), cu \(b\ne0\), câtul lor scris sub forma \(\dfrac{a}{b}\) (sau \(a:b\)). Numerele \(a\) și \(b\) sunt termenii raportului, iar rezultatul împărțirii \(a:b\) este valoarea raportului.
\(\dfrac{a}{b}=\dfrac{a\cdot k}{b\cdot k}=\dfrac{a:k}{b:k},\quad k\ne0\)\(\dfrac{a}{b}\cdot\dfrac{b}{a}=1\ \ (a,b\ne0)\)
Raport procentual: \(\dfrac{p}{100}=p\%\)Scara unei hărți: \(\dfrac{\text{distanța pe hartă}}{\text{distanța reală}}\)
- Un raport nu se schimbă dacă amplificăm sau simplificăm ambii termeni cu același număr nenul.
- Raportul a două mărimi de același fel se calculează numai după ce ambele sunt exprimate în aceeași unitate de măsură; rezultatul nu are unitate de măsură.
- Un raport cu numitorul \(100\) se numește raport procentual (procent), iar unul cu numitorul \(1000\) – raport promilic: \(\dfrac{p}{1000}=p‰\).
Exemplul 8.1
Rezolvare
Exemplul 8.2
Rezolvare
Atenție
Ordinea termenilor contează: raportul dintre \(a\) și \(b\) este \(\dfrac{a}{b}\), nu \(\dfrac{b}{a}\). Raportul dintre \(3\) și \(5\) este \(\dfrac{3}{5}\), iar raportul dintre \(5\) și \(3\) este \(\dfrac{5}{3}\).
8.2Proporții
Definiție
O egalitate de două rapoarte, \(\dfrac{a}{b}=\dfrac{c}{d}\) (cu \(b,d\ne0\)), se numește proporție. Numerele \(a\) și \(d\) sunt extremii, iar \(b\) și \(c\) sunt mezii proporției.
Proprietatea fundamentală a proporțiilor
Într-o proporție, produsul extremilor este egal cu produsul mezilor:
\[\dfrac{a}{b}=\dfrac{c}{d}\quad\Longleftrightarrow\quad a\cdot d=b\cdot c.\]
Aflarea unui termen necunoscut („produsul pe cruce”):
\(\dfrac{x}{b}=\dfrac{c}{d}\Rightarrow x=\dfrac{b\cdot c}{d}\)\(\dfrac{a}{x}=\dfrac{c}{d}\Rightarrow x=\dfrac{a\cdot d}{c}\)
Un extrem = produsul mezilor împărțit la celălalt extrem; un mez = produsul extremilor împărțit la celălalt mez.
Exemplul 8.3
Rezolvare
a) \(15x=6\cdot10\Rightarrow x=\dfrac{60}{15}=4\).
b) \(12(x-1)=4\cdot9=36\Rightarrow x-1=3\Rightarrow x=4\).
Proporții derivate
Dacă \(\dfrac{a}{b}=\dfrac{c}{d}\) (toți termenii nenuli acolo unde apar la numitor), atunci se obțin următoarele proporții, numite proporții derivate:
| Operația | Proporția obținută |
|---|---|
| Schimbarea mezilor între ei | \(\dfrac{a}{c}=\dfrac{b}{d}\) |
| Schimbarea extremilor între ei | \(\dfrac{d}{b}=\dfrac{c}{a}\) |
| Inversarea rapoartelor | \(\dfrac{b}{a}=\dfrac{d}{c}\) |
| Amplificarea unui raport / a numărătorilor | \(\dfrac{k\cdot a}{k\cdot b}=\dfrac{c}{d}\), \(\quad\dfrac{k\cdot a}{b}=\dfrac{k\cdot c}{d}\) |
| Adunarea/scăderea numitorului la numărător | \(\dfrac{a\pm b}{b}=\dfrac{c\pm d}{d}\) |
| Adunarea/scăderea numărătorului la numitor | \(\dfrac{a}{a\pm b}=\dfrac{c}{c\pm d}\) |
| Suma și diferența termenilor | \(\dfrac{a+b}{a-b}=\dfrac{c+d}{c-d}\) \((a\ne b,\ c\ne d)\) |
| Adunarea/scăderea rapoartelor termen cu termen | \(\dfrac{a}{b}=\dfrac{c}{d}=\dfrac{a\pm c}{b\pm d}\) \((b\pm d\ne0)\) |
Exemplul 8.4
Rezolvare
Din proporția derivată: \(\dfrac{a+b}{b}=\dfrac{3+5}{5}=\dfrac{8}{5}\).
Pentru al doilea raport notăm \(a=3k\), \(b=5k\), \(k\ne0\): \(\dfrac{2a+3b}{4a-b}=\dfrac{6k+15k}{12k-5k}=\dfrac{21k}{7k}=3\).
Medie proporțională
Numărul \(x\gt0\) este medie proporțională (medie geometrică) a numerelor pozitive \(a\) și \(b\) dacă \(\dfrac{a}{x}=\dfrac{x}{b}\), adică \(x^2=a\cdot b\), deci \(x=\sqrt{a\cdot b}\).
Atenție
Nu „simplificați” termeni ai unei sume: \(\dfrac{a+2}{b+2}\) nu este egal cu \(\dfrac{a}{b}\) în general. De asemenea, \(\dfrac{a}{b}=\dfrac{c}{d}\) nu implică \(\dfrac{a+1}{b+1}=\dfrac{c+1}{d+1}\).
8.3Șir de rapoarte egale
Proprietate
Dacă \(\dfrac{a_1}{b_1}=\dfrac{a_2}{b_2}=\dots=\dfrac{a_n}{b_n}=k\), atunci raportul dintre suma numărătorilor și suma numitorilor are aceeași valoare:
\[\dfrac{a_1}{b_1}=\dfrac{a_2}{b_2}=\dots=\dfrac{a_n}{b_n}=\dfrac{a_1+a_2+\dots+a_n}{b_1+b_2+\dots+b_n}=k.\]
Mai general, pentru orice numere \(m_1,m_2,\dots,m_n\) (cu numitorul rezultat nenul): \(\dfrac{m_1a_1+m_2a_2+\dots+m_na_n}{m_1b_1+m_2b_2+\dots+m_nb_n}=k\).
Metoda coeficientului de proporționalitate:
\(\dfrac{x}{a}=\dfrac{y}{b}=\dfrac{z}{c}=k\ \Rightarrow\ x=a\cdot k,\ \ y=b\cdot k,\ \ z=c\cdot k\)
Se înlocuiesc \(x,y,z\) în relația dată în problemă și se află \(k\).
Exemplul 8.5
Rezolvare
Exemplul 8.6
Rezolvare
Observație
Scrierea „\(x,y,z\) sunt proporționale cu \(2,3,5\)” înseamnă exact \(\dfrac{x}{2}=\dfrac{y}{3}=\dfrac{z}{5}\). Uneori se notează \(x:y:z=2:3:5\).
8.4Mărimi direct și invers proporționale
Direct proporționale
Două mărimi sunt direct proporționale dacă, atunci când una crește (scade) de un număr de ori, cealaltă crește (scade) de același număr de ori; raportul valorilor corespunzătoare este constant.
\(\{x,y,z\}\) d.p. cu \(\{a,b,c\}\):
\[\dfrac{x}{a}=\dfrac{y}{b}=\dfrac{z}{c}=k\]
Invers proporționale
Două mărimi sunt invers proporționale dacă, atunci când una crește de un număr de ori, cealaltă scade de același număr de ori; produsul valorilor corespunzătoare este constant.
\(\{x,y,z\}\) i.p. cu \(\{a,b,c\}\):
\[x\cdot a=y\cdot b=z\cdot c=k\]
\(\{x,y,z\}\) i.p. cu \(\{a,b,c\}\ \Longleftrightarrow\ \{x,y,z\}\) d.p. cu \(\left\{\dfrac{1}{a},\dfrac{1}{b},\dfrac{1}{c}\right\}\ \Longleftrightarrow\ \dfrac{x}{\frac{1}{a}}=\dfrac{y}{\frac{1}{b}}=\dfrac{z}{\frac{1}{c}}\)
- Exemple de mărimi direct proporționale: cantitatea cumpărată și prețul plătit; distanța parcursă cu viteză constantă și timpul; latura pătratului și perimetrul său.
- Exemple de mărimi invers proporționale: numărul de muncitori și timpul în care termină aceeași lucrare; viteza și timpul pentru aceeași distanță.
Exemplul 8.7
Rezolvare
Exemplul 8.8
Rezolvare
Fie \(x,y,z\) părțile: \(2x=3y=6z=k\Rightarrow x=\dfrac{k}{2},\ y=\dfrac{k}{3},\ z=\dfrac{k}{6}\).
\(\dfrac{k}{2}+\dfrac{k}{3}+\dfrac{k}{6}=120\Rightarrow\dfrac{3k+2k+k}{6}=120\Rightarrow k=120\). Deci \(x=60\), \(y=40\), \(z=20\).
Verificare: \(2\cdot60=3\cdot40=6\cdot20=120\) și \(60+40+20=120\).
Atenție
La mărimi invers proporționale, partea cea mai mare corespunde numărului cel mai mic (în Exemplul 8.8, lui \(2\) îi corespunde \(60\)). Dacă obțineți invers, ați împărțit direct proporțional.
8.5Regula de trei simplă
Metoda
Regula de trei simplă se aplică în problemele cu două mărimi proporționale, în care se cunosc trei valori și se cere a patra. Se așază datele pe două rânduri (aceeași mărime pe aceeași coloană), se stabilește tipul proporționalității și se scrie proporția potrivită.
Mărimi direct proporționale
Mărimi invers proporționale
Exemplul 8.9
Rezolvare
\(5\) caiete ………… \(20\) lei
\(8\) caiete ………… \(x\) lei
Mărimile sunt direct proporționale (mai multe caiete – preț mai mare): \(\dfrac{5}{8}=\dfrac{20}{x}\Rightarrow x=\dfrac{8\cdot20}{5}=32\) de lei.
Exemplul 8.10
Rezolvare
\(6\) muncitori ………… \(10\) zile
\(4\) muncitori ………… \(x\) zile
Mărimile sunt invers proporționale (mai puțini muncitori – mai multe zile): \(6\cdot10=4\cdot x\Rightarrow x=15\) zile.
Sfat
Înainte de calcul, întrebați-vă: „dacă prima mărime crește, a doua crește sau scade?”. Dacă crește – proporționalitate directă (rapoarte egale); dacă scade – proporționalitate inversă (produse egale).
8.6Procente
Definiție
Raportul \(\dfrac{p}{100}\) se notează \(p\%\) și se citește „\(p\) la sută” (\(p\) procente). Astfel: \(50\%=\dfrac{1}{2}\), \(25\%=\dfrac{1}{4}\), \(20\%=\dfrac{1}{5}\), \(10\%=\dfrac{1}{10}\), \(100\%\) reprezintă întregul.
1. Aflarea a \(p\%\) dintr-un număr \(a\):\(\boxed{\ p\%\text{ din }a=\dfrac{p}{100}\cdot a\ }\)
2. Aflarea unui număr \(x\) când știm că \(p\%\) din el este \(b\):\(\dfrac{p}{100}\cdot x=b\Rightarrow\boxed{\ x=\dfrac{100\cdot b}{p}\ }\)
3. Aflarea procentului \(p\) pe care îl reprezintă \(b\) din \(a\):\(\dfrac{p}{100}=\dfrac{b}{a}\Rightarrow\boxed{\ p=\dfrac{b}{a}\cdot100\ }\)
Exemplul 8.11
Rezolvare
a) \(\dfrac{25}{100}\cdot80=20\).
b) \(\dfrac{30}{100}\cdot x=45\Rightarrow x=\dfrac{45\cdot100}{30}=150\).
c) \(p=\dfrac{18}{72}\cdot100=\dfrac{1}{4}\cdot100=25\), deci \(25\%\).
Scumpiri și ieftiniri
Scumpire cu \(p\%\): \(P_{\text{nou}}=P+\dfrac{p}{100}\cdot P=P\cdot\left(1+\dfrac{p}{100}\right)\)
Ieftinire (reducere) cu \(p\%\): \(P_{\text{nou}}=P-\dfrac{p}{100}\cdot P=P\cdot\left(1-\dfrac{p}{100}\right)\)
Modificări succesive: \(P_{\text{final}}=P\cdot\left(1+\dfrac{p}{100}\right)\cdot\left(1-\dfrac{q}{100}\right)\) (fiecare procent se aplică prețului din acel moment).
Exemplul 8.12
Rezolvare
După scumpire: \(500+\dfrac{20}{100}\cdot500=500+100=600\) de lei.
După ieftinire: \(600-\dfrac{20}{100}\cdot600=600-120=480\) de lei.
Scăderea totală este \(20\) de lei, adică \(\dfrac{20}{500}\cdot100=4\%\) din prețul inițial. Prețul final este cu \(4\%\) mai mic decât cel inițial.
Exemplul 8.13
Rezolvare
Atenție
- O scumpire cu \(p\%\) urmată de o ieftinire cu \(p\%\) nu readuce prețul la valoarea inițială (vezi Exemplul 8.12).
- Două scumpiri succesive de \(10\%\) nu înseamnă o scumpire de \(20\%\): \(P\cdot1{,}1\cdot1{,}1=1{,}21\cdot P\), adică o scumpire de \(21\%\).
- Dacă se cunoaște prețul după reducere, prețul inițial nu se află adunând procentul la prețul redus (Exemplul 8.13: \(680+15\%\) din \(680=782\ne800\)).
Aplicație: concentrația unei soluții
Concentrația procentuală a unei soluții: \(c=\dfrac{m_{\text{substanță}}}{m_{\text{soluție}}}\cdot100\), unde \(m_{\text{soluție}}=m_{\text{substanță}}+m_{\text{apă}}\). De exemplu, \(30\) g de sare dizolvate în \(270\) g de apă dau o soluție de concentrație \(\dfrac{30}{300}\cdot100=10\%\).
8.7Media aritmetică, ponderată și geometrică
Media aritmetică a numerelor \(a_1,a_2,\dots,a_n\):\(\boxed{\ m_a=\dfrac{a_1+a_2+\dots+a_n}{n}\ }\)
Media aritmetică ponderată a numerelor \(a_1,\dots,a_n\) cu ponderile \(p_1,\dots,p_n\):\(\boxed{\ m_p=\dfrac{a_1p_1+a_2p_2+\dots+a_np_n}{p_1+p_2+\dots+p_n}\ }\)
Media geometrică a numerelor \(a,b\ge0\):\(\boxed{\ m_g=\sqrt{a\cdot b}\ }\)
Observații
- Media aritmetică a două numere este \(m_a=\dfrac{a+b}{2}\) și se află întotdeauna între cele două numere.
- Ponderea arată „de câte ori se ia” fiecare valoare (de exemplu, numărul de elevi care au obținut o anumită notă).
- Pentru \(a,b\ge0\) are loc inegalitatea mediilor: \(\sqrt{ab}\le\dfrac{a+b}{2}\), cu egalitate doar când \(a=b\).
Exemplul 8.14
Rezolvare
Exemplul 8.15
Rezolvare
Exemplul 8.16
Rezolvare
Atenție
În Exemplul 8.16 media simplă a prețurilor, \(\dfrac{4+9}{2}=6{,}5\), este greșită, deoarece cantitățile cumpărate sunt diferite. Când valorile apar de un număr diferit de ori, se folosește media ponderată.
8.8Probabilitatea unui eveniment
Definiție
Un experiment aleator are mai multe rezultate posibile, egal probabile (de exemplu: aruncarea unui zar, extragerea unei bile dintr-o urnă). Un eveniment \(A\) este realizat de unele dintre aceste rezultate, numite cazuri favorabile. Probabilitatea evenimentului \(A\) este:
\[P(A)=\dfrac{\text{numărul cazurilor favorabile}}{\text{numărul cazurilor posibile}}.\]
\(0\le P(A)\le1\)eveniment sigur: \(P=1\)eveniment imposibil: \(P=0\)
Evenimentul contrar „nu \(A\)”: \(P(\text{nu }A)=1-P(A)\)
Exemplul 8.17
Rezolvare
Cazuri posibile: \(1,2,3,4,5,6\) – în total \(6\).
a) Cazuri favorabile: \(2,4,6\); \(P=\dfrac{3}{6}=\dfrac{1}{2}\).
b) Cazuri favorabile: \(3,6\); \(P=\dfrac{2}{6}=\dfrac{1}{3}\).
c) Niciun caz favorabil (eveniment imposibil): \(P=\dfrac{0}{6}=0\).
Exemplul 8.18
Rezolvare
Numerele de două cifre sunt \(10,11,\dots,99\), în total \(99-10+1=90\) de cazuri posibile.
Pătratele perfecte de două cifre: \(16,25,36,49,64,81\) – \(6\) cazuri favorabile. \(P=\dfrac{6}{90}=\dfrac{1}{15}\).
Exemplul 8.19
Rezolvare
Atenție
- Numărați corect elementele unei mulțimi de forma \(\{a,a+1,\dots,b\}\): sunt \(b-a+1\) numere, nu \(b-a\).
- O probabilitate nu poate fi mai mare decât \(1\) sau negativă; dacă obțineți așa ceva, ați inversat cazurile favorabile cu cele posibile.
- Simplificați fracția obținută – la Evaluarea Națională se cere de obicei rezultatul ca fracție ireductibilă.
8.9Date statistice: tabele și diagrame
Noțiuni
- Frecvența absolută a unei valori = de câte ori apare valoarea în șirul de date.
- Frecvența relativă = frecvența absolută împărțită la numărul total de date; înmulțită cu \(100\) dă frecvența procentuală.
- Media datelor = media aritmetică ponderată a valorilor, cu ponderile egale cu frecvențele.
- Modul (valoarea modală) = valoarea cu frecvența cea mai mare.
- Mediana = valoarea din mijloc a datelor ordonate crescător (pentru un număr par de date – media celor două valori din mijloc).
\(f_{\text{relativă}}=\dfrac{\text{frecvența absolută}}{\text{numărul total de date}}\)\(f\%=f_{\text{relativă}}\cdot100\)
Diagrama circulară: unghiul sectorului \(=f_{\text{relativă}}\cdot360^\circ\)
Datele se pot organiza într-un tabel de frecvențe sau se pot reprezenta printr-o diagramă cu bare (înălțimea fiecărei bare este proporțională cu frecvența), o diagramă circulară sau un grafic liniar (pentru evoluția în timp).
Exemplul 8.20
a) Câți elevi are clasa? b) Ce procent dintre elevi au obținut cel puțin nota \(9\)? c) Calculați media clasei la lucrare. d) Care este nota cea mai frecventă?
Rezolvare
Organizăm datele într-un tabel de frecvențe:
| Nota | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Numărul de elevi | 2 | 3 | 5 | 7 | 5 | 3 |
a) \(2+3+5+7+5+3=25\) de elevi.
b) Nota \(9\) sau \(10\): \(5+3=8\) elevi; \(\dfrac{8}{25}\cdot100=32\%\).
c) \(m=\dfrac{5\cdot2+6\cdot3+7\cdot5+8\cdot7+9\cdot5+10\cdot3}{25}=\dfrac{10+18+35+56+45+30}{25}=\dfrac{194}{25}=7{,}76\).
d) Nota \(8\) (are cea mai înaltă bară, frecvența \(7\)) – aceasta este valoarea modală.
Exemplul 8.21
Rezolvare
Atenție
- Citiți cu atenție axele diagramei: ce mărime este pe fiecare axă și care este unitatea (pasul) gradațiilor.
- Media unui set de date din tabel nu este media valorilor scrise în primul rând (\(\dfrac{5+6+\dots+10}{6}\)), ci media ponderată cu frecvențele.
- Suma frecvențelor relative este \(1\), iar suma frecvențelor procentuale este \(100\%\) – o verificare utilă.